芯片是眾多高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基石,芯片技術(shù)是世界主要大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)Z激烈的領(lǐng)域。既然那么重要，那么芯片是如何生產(chǎn)出來(lái)的呢？

      完整芯片生產(chǎn)流程包括：芯片設(shè)計(jì)、晶片制作、封裝制作、成本測(cè)試等幾個(gè)環(huán)節(jié)，其中晶片制作過(guò)程尤為的復(fù)雜。

      一、芯片設(shè)計(jì)

      1、芯片的HDL設(shè)計(jì)

      芯片構(gòu)架的設(shè)計(jì)一般是通過(guò)專門的硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言HardwareDescriptionLanguages(HDL)來(lái)完成，所謂硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言(HDL)，是一種用來(lái)描述硬件工作過(guò)程的語(yǔ)言。現(xiàn)在被使用的比較多的有Verilog、VHDL。這些語(yǔ)言寫成的代碼能夠用專門的合成器生成邏輯門電路的連線表和布局圖，這些都是將來(lái)發(fā)給芯片代工廠的主要生產(chǎn)依據(jù)。

      2、芯片設(shè)計(jì)的debug

      這個(gè)設(shè)計(jì)階段對(duì)于任何芯片生產(chǎn)公司來(lái)說(shuō)都是舉足輕重的一步，因?yàn)槿绻酒O(shè)計(jì)在投片生產(chǎn)出來(lái)以后驗(yàn)證出并不能像設(shè)計(jì)的那樣正常工作，那就不僅意味著重新設(shè)計(jì)。整個(gè)驗(yàn)證工作分為好幾個(gè)過(guò)程，基本功能測(cè)試驗(yàn)證芯片內(nèi)的所有的門電路能正常工作，工作量模擬測(cè)SY來(lái)證實(shí)門電路組合能達(dá)到的性能。當(dāng)然，這時(shí)候還沒(méi)有真正物理意義上真正的芯片存在，這些所有的測(cè)試依舊是通過(guò)HDL編成的程序模擬出來(lái)的。

      3、芯片設(shè)計(jì)的分析

      接下來(lái)的驗(yàn)證工作開始進(jìn)行分支的并行運(yùn)作，一個(gè)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)芯片電路的靜態(tài)時(shí)序分析，保證成品芯片能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的主頻；另外一個(gè)主要由模擬電路工程師組成的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行關(guān)于儲(chǔ)存電路，供電電路的分析修改。和數(shù)字電路的修正工作相比，模擬工程師們的工作要辛苦的多，他們要進(jìn)行大量的復(fù)數(shù)，微分方程計(jì)算和信號(hào)分析，即便是借助計(jì)算機(jī)和專門的軟件也是一件很頭疼的事情。同樣，這時(shí)候的多有測(cè)試和驗(yàn)證工作都是在模擬的狀態(tài)下進(jìn)行的，Z終，當(dāng)上述所有的工作完成后，一份由綜合軟件生成的用來(lái)投片生產(chǎn)門電路級(jí)別的連線表和電路圖就完成了。

      4、FPGA驗(yàn)證

      對(duì)于集成一億多個(gè)晶體管超級(jí)復(fù)雜芯片，在整個(gè)使用硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言（HDL）設(shè)計(jì)和模擬測(cè)試的過(guò)程中，要反復(fù)運(yùn)行描述整個(gè)芯片的數(shù)十億條的指令和進(jìn)行真正“海量”的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，因此對(duì)執(zhí)行相關(guān)任務(wù)的的硬件有著近乎變態(tài)的考驗(yàn)。因此，設(shè)計(jì)圖形芯片者不會(huì)立即把這個(gè)方案交付廠家，因?yàn)樗€要接受Z后一個(gè)考驗(yàn)，那就是我們通常所說(shuō)的FPGA(FieldProgrammableGateArray)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行的Z終功能進(jìn)行驗(yàn)證。

      二、芯片制造

      有了設(shè)計(jì)好的“藍(lán)圖”，就可以開始芯片生產(chǎn)流程中的制造過(guò)程了。

      1、硅純化制作晶圓

      通過(guò)相關(guān)的工藝將沙子提純，然后經(jīng)過(guò)一系列程序得到硅單質(zhì)，Z后制成純度很高的硅晶棒。硅晶棒是制造集成電路的石英半導(dǎo)體的材料，將其切片就是芯片制作具體需要的晶圓。硅晶圓是芯片生產(chǎn)的基板，通過(guò)機(jī)械的方法將硅錠切割成一片片很薄的硅圓，方便后續(xù)集成電路芯片的刻蝕。

      2、晶圓涂膜

      晶圓涂膜能抵抗氧化以及耐溫能力，其材料為光阻的一種，

      3、晶圓光刻顯影、蝕刻

      該過(guò)程使用了對(duì)紫外光敏感的化學(xué)物質(zhì)，即遇紫外光則變軟。通過(guò)控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蝕劑，使得其遇紫外光就會(huì)溶解。這是可以用上diyi份遮光物，使得紫外光直射的部分被溶解，這溶解部分接著可用溶劑將其沖走。這樣剩下的部分就與遮光物的形狀一樣了，而這效果正是我們所要的。這樣就得到我們所需要的二氧化硅層。

      4、攙加雜質(zhì)

      該過(guò)程是將晶圓中植入離子，生成相應(yīng)的P、N類半導(dǎo)體。

      具體工藝是是從硅片上暴露的區(qū)域開始，放入化學(xué)離子混合液中。這一工藝將改變攙雜區(qū)的導(dǎo)電方式，使每個(gè)晶體管可以通、斷、或攜帶數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)單的芯片可以只用一層，但復(fù)雜的芯片通常有很多層，這時(shí)候?qū)⑦@yi流程不斷的重復(fù)，不同層可通過(guò)開啟窗口聯(lián)接起來(lái)。這一點(diǎn)類似所層PCB板的制作制作原理。更為復(fù)雜的芯片可能需要多個(gè)二氧化硅層，這時(shí)候通過(guò)重復(fù)光刻以及上面流程來(lái)實(shí)現(xiàn)，形成一個(gè)立體的結(jié)構(gòu)。

      5、晶圓測(cè)試

      經(jīng)過(guò)上面的幾道工藝之后，晶圓上就形成了一個(gè)個(gè)格狀的晶粒。通過(guò)針測(cè)的方式對(duì)每個(gè)晶粒進(jìn)行電氣特性檢測(cè)。一般每個(gè)芯片的擁有的晶粒數(shù)量是龐大的，組織一次針測(cè)試模式是非常復(fù)雜的過(guò)程，這要求了在生產(chǎn)的時(shí)候盡量是同等芯片規(guī)格構(gòu)造的型號(hào)的大批量的生產(chǎn)。數(shù)量越大相對(duì)成本就會(huì)越低，這也是為什么主流芯片器件造價(jià)低的一個(gè)因素。

      6、芯片封裝

      將制造完成晶圓固定，綁定引腳，按照需求去制作成各種不同的封裝形式，這就是同種芯片內(nèi)核可以有不同的封裝形式的原因。比如：DIP、QFP、PLCC、QFN等等。這里主要是由用戶的應(yīng)用習(xí)慣、應(yīng)用環(huán)境、市場(chǎng)形式等外圍因素來(lái)決定的。

      7、測(cè)試、包裝

      經(jīng)過(guò)上述工藝流程以后，芯片制作就已經(jīng)全部完成了，這一步驟是將芯片進(jìn)行測(cè)試、剔除不良品，以及包裝。

      三、芯片功能驗(yàn)證

      完成上面所有流程后，芯片就已經(jīng)制造完成，芯片生產(chǎn)流程接下來(lái)就是芯片的功能驗(yàn)證。通常需要將芯片貼到PCB上，逐步驗(yàn)證每一個(gè)功能是否正常。